Escuela Politécnica Nacional Instrumentación Biomédica

Introducción

Dentro de la instrumentación biomédica se van tener que realizar medidas ya sea de manera directa o indirecta de determinados parámetros, la medida se las realiza a través de sensores que requieren el contacto directo con la medida a obtener.

Es por eso que se desarrollan los transductores, que son elementos que nos permiten tener una señal en función de otra, ya sea variando sus parámetros físicos o eléctricos, por tanto el uso de los mismos esta tanto a nivel industrial como al nivel de la instrumentación biomédica.

Transductor: Son dispositivos más complejos y elaborados que los sensores, debido a que estos llevan tecnología incorporada, con el propósito de captar una manifestación energética de cierto tipo y convertirla en una manifestación energética más controlable y mesurable, la cual suele ser la energía eléctrica.

Los transductores son los primeros en recibir la señal física, por esto se pude describir las etapas de adquisición de una señal biológica como la mostrada en la figura 1.

Figura 1 Etapas en la adquisición de una señal biológica.

Características generales de los transductores

Características estáticas: Cuando la magnitud medida varía de forma lenta pudiéndose considerar estática.

Características dinámicas: Cuando la magnitud medida varía de forma apreciable con el tiempo.

Tipos de transductores.

Resistivos Inductivos Capacitivos Piezoeléctricos

Transductores resistivos

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Son los que se producen por una modificación en su resistencia por diferentes causas, siendo utilizada esta propiedad como generadora de un potencial eléctrico. Por medio de este efecto de transducción es posible transformar diversas propiedades mecánicas y biofísicas en variables eléctricas a través de potenciómetros, alambres resistivos, bobinas extensibles y galgas extensiométricas, extensómetros o strain gauges.

Potenciómetros: es el más simple, desarrolla un voltaje variable proporcional (figura 2) a la posición del cursor en un potenciómetro. Además, cuando la resistencia se distribuye en forma homogénea entre sus dos puntos estremos se tiene un situación ideal, en la cual la resistencia es proporcional a; avance del cursor sobre la resistencia (figura 3).

Figura 2 Voltaje proporcionalFigura 3 Potenciómetro Rotacional.

Aplicaciones:

Se utilizan potenciómetros rotatorios en medidores del tejido adiposo (figura 4) (plicómetros) y en medidores de grosor muscular (figura 5).

Figura 4 Plicómetro electrónico [1]

Figura 5 Plicómetro diagrama general.

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Figura 6 Galga extensiométrica en osteotomia [3]

Otra aplicación se la puede ver en los espirómetros convencionales, que desplazan un émbolo con aire inspirado y espirado; aquí el potenciómetro se instala con poleas y cuerdas de manera que el movimiento lineal del émbolo se convierta en un desplazamiento angular del potenciómetro (figura 6).

Figura 7 Transductor de resistencia variable para frecuencia respiratoria.

En todos los casos el fenómeno eléctrico es similar en los potenciómetros de desplazamiento longitudinal, en los que el cursor se mueve linealmente a lo largo de la superficie resistiva.

Bobina extensible.- La bobina o arrollado de resistencia modificable por desplazamiento longitudinal se utiliza para obtener cambios de resistencia ante un desplazamiento que no implique deformación de la elasticidad de la bobina ypor movimientos que no prodizcan deformaciones de alta velocidad, como es el caso de las aplicaciones de frecuencia respiratoria de un paciente con la banda que se muestra en la figura 6.

Transductores extensiométricos (strain gauges).- El strain gauge o galga extensiométrica es uno de los de más extensa utilización, se los puede encontrar en diferentes configuraciones (longitudinal, espiral, circular).

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Son constituidas por una rejilla formada por un conductor filiforme de resistividad determinada, el cual se monta sobre un aislante flexible (papel ó plástico). La mayoría de galgas posee cubierta protectora que evitan su deterioro o el efecto mecánico de otros objetos.

El error de precisión de la mayoría de las galgas comerciales esta entre el 0.1 y el 0.3%, con un límite inferior dado por el ruido de fondo y un superior dado por la elasticidad de la galga.

Los materiales utilizados son:

Constantan (45% de Ni y 55% de Cu). Isoelastic (52% Fe, 36% Ni, 8% Cr, 4% Mn). Karma (74% Ni, 20% Cr, 3% Cu, 3% Fe). Platino-tungsteno (92% Pt y 8% Cr) Nicrom V (80% Ni y 20% Cr)

Figura 8 Gálga extensiométrica en forma de lámina [2]

Aplicaciones biomédcias de las galgas extensiométricas:

En el corazón (en la pared ventricular) se llegan a introducir galgas extensiométricas con el propósito de medir la fuerza contráctil de las fibras miocárdiacas.

Otra aplicación se la puede ver de igual manera en equipos que permiten hacer mediciones de la fuerza muscular externa, torsión de miembros, tracción de instrumentos como dinamómetros fisiátricos, medidores en equipos de tracción pélvica y cervical, instrumental para fisiología y otros.

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Figura 9 Transductor tipo galga [4. Principles of applied biomedical instrumentation]

Galgas de estado sólido: Fabricadas con tecnología de estado sólido, lo que implica mayor sensibilidad, precisión y con un factor de galga de mayor nivel que los convencionales.

Las galgas de estado sólido se fabrican de dos maneras diferentes, usando tecnología recortada (figura 10) y tecnología difusa (figura 11).

La primera (recortada) se realiza sobre un mono cristal de silicio dopado a la que se le recorta un hebra única por medio fotoquímico o mecánico, creando estructuras P y N de manera que la sensibilidad al esfuerzo extensiométrico sea solo en sentido longitudinal. La segunda (difusa) consiste en incorporar las impurezas en forma difusa sobre el silicio mono cristalino.

Figura 10 Galga de estrado sólido.

Figura 11 Estructura de galga fabricada con tecnología difusa.

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Referencias.

[1] http://goo.gl/2cCzD

[2] http://goo.gl/ZwzXz

[3] http://goo.gl/Uk6y5

[4] http://goo.gl/M8pOA

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